Πόση κινητική ενέργεια είναι σε ένα στερεό;

Ένα συμπαγές αντικείμενο έχει κινητική ενέργεια, αλλά δεν είναι τόσο απλό όσο ο υπολογισμός της κινητικής ενέργειας ενός κινούμενου αντικειμένου σαν μια μπάλα. Εδώ είναι γιατί:

Κινητική ενέργεια σε στερεά

* Δονητική ενέργεια: Τα άτομα και τα μόρια σε ένα στερεό δεν είναι ακίνητα. Δονείται γύρω από τις σταθερές θέσεις τους. Αυτή η δονητική κίνηση συμβάλλει στην κινητική ενέργεια του στερεού.

* Μεταφραστική ενέργεια: Ενώ ολόκληρο το στερεό μπορεί να κινείται, τα ατομικά άτομα και τα μόρια μέσα σε αυτό παρουσιάζουν κυρίως δονητική κίνηση. Έχουν κάποια μεταφραστική κίνηση, αλλά αυτό είναι συνήθως πολύ μικρότερο σε σύγκριση με τη δονητική τους κίνηση.

* Ενεργοποίηση περιστροφής: Ορισμένα στερεά μπορεί να παρουσιάζουν περιστροφική κίνηση, η οποία συμβάλλει επίσης στην κινητική τους ενέργεια.

Υπολογισμός κινητικής ενέργειας σε στερεά

Ο υπολογισμός της συνολικής κινητικής ενέργειας ενός στερεού είναι αρκετά περίπλοκη επειδή περιλαμβάνει το άθροισμα της ενέργειας όλων των ατομικών ατόμων και μορίων. Αυτό απαιτεί γνώση:

* Θερμοκρασία: Η θερμοκρασία σχετίζεται άμεσα με τη μέση κινητική ενέργεια των ατόμων/μορίων.

* Ειδική θερμική χωρητικότητα: Αυτή η τιμή υποδεικνύει πόση ενέργεια απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας μιας δεδομένης μάζας του στερεού κατά ένα βαθμό.

* βαθμοί ελευθερίας: Ο αριθμός των τρόπων που μπορεί να μετακινηθεί ένα άτομο/μόριο (μετάφραση, δόνηση, περιστροφή). Αυτό εξαρτάται από τη δομή του στερεού.

Παράδειγμα:

Ας υποθέσουμε ότι θέλετε να υπολογίσετε την κινητική ενέργεια ενός μπλοκ σιδήρου σε θερμοκρασία δωματίου. Θα χρειαστείτε:

* Μάζα του σιδερένιου μπλοκ.

* Ειδική θερμική ικανότητα σιδήρου.

* Θερμοκρασία του μπλοκ σιδήρου

Στη συνέχεια, θα χρησιμοποιούσατε τον ακόλουθο τύπο (απλοποιημένο):

κινητική ενέργεια =(μάζα) x (ειδική θερμική χωρητικότητα) x (θερμοκρασία)

Σημαντική σημείωση: Αυτός ο υπολογισμός παρέχει μόνο μια εκτίμηση της μέσης κινητικής ενέργειας. Η πραγματική κατανομή κινητικής ενέργειας είναι πολύπλοκη και περιλαμβάνει στατιστικές εκτιμήσεις.

Συμπέρασμα

Ενώ η κινητική ενέργεια ενός στερεού οφείλεται κυρίως στη δονητική κίνηση των ατόμων/μορίων του, δεν είναι απλώς η ενέργεια ενός κινούμενου αντικειμένου. Ο υπολογισμός της συνολικής κινητικής ενέργειας απαιτεί την εξέταση της θερμοκρασίας, της ειδικής θερμικής ικανότητας και των βαθμών ελευθερίας του στερεού.